開式風扇發動機空中測試

 為下一代燃油高效推進系統開發的技術——空客公司緊隨其后——正在所有大型航空發動機制造商中形成,這里我們重點關注其中一項:CFM International“開放式風扇”技術。

開放式風扇架構是發動機制造商“可持續發動機革命性創新”(RISE-Revolutionary Innovation for Sustainable Engines)技術開發計劃的關鍵組成部分,該計劃旨在為未來發動機展示和成熟一系列新技術,這些技術可能在20世紀30年代中期投入使用。

展望未來,開放式風扇技術也將成為空客與CFM合作在本十年后半期進行的大型飛行演示活動的重點。

(視頻截屏)

 

 

 

 

 

 

 

聯合飛行測試雄心

聯合演示方案將使用共享的飛行試驗資產。臨時計劃是讓CFM進行發動機地面測試,以及在美國加利福尼亞州維克多維爾的通用電氣航空飛行測試運營中心進行飛行測試驗證。

第二階段的飛行測試將于本世紀下半葉在法國圖盧茲的空中客車飛行測試設施進行。在這些測試中,開放式風扇發動機將安裝在一架經過特殊配置并裝有儀器的A380試驗臺飛機的機翼下。

空客和CFM在A380上進行開放式風扇聯合演示的聯合目標是廣泛的。高水平的目標包括:評估開放式風扇在飛機上的推進效率和性能;通過地面測試加速和成熟技術;飛機/發動機集成和空氣動力學(推力、阻力、載荷)評估;以及內部和外部噪聲水平的評估。

預測能力是找到滿足燃油效率和聲學目標的正確設計的關鍵(對于機場周圍的社區和機艙內的乘客)。由于CFM的發動機和機翼將非常緊密地耦合,因此必須密切合作開發這些能力。

此外,空中客車公司和CFM將合作了解混合動力電動功能的使用,并確保與100%可持續航空燃料(SAF)的兼容性。

在A380試驗臺上為飛行測試準備硬件…

然而,在調查上述任何目標之前,從現在到本十年后半期的首次演示飛行,計劃進行一個密集的工程準備工作階段。

Pascal Arrouy,空中客車公司的開放式風扇架構師在“明天的推進”研發計劃中解釋道:“我們首先需要確定飛行物理約束、飛行試驗演示發動機安裝的設計和評估。這些將包括:塔架‘空氣動力學線’的定義(即空氣動力學和物理幾何形狀),對載荷、操縱質量和性能進行評估,并準備建模以支持飛行試驗分析。”此外,帶有發動機支架和附件的掛架將共同設計,以最大限度地減少重量和振動傳遞到機艙,以及發動機系統集成。還將研究受推進系統撞擊影響的機身結構。

還需要修改各種飛機系統,并進行準備測試,以確保安裝了開放式風扇發動機的A380飛行測試飛機的行為能夠很好地了解飛行許可和數據有效性。重點關注的具體領域包括:電源管理(包括與混合電動飛機架構的開放式風扇兼容性);發動機控制系統的集成;飛行控制優化;燃料分配;振動分析和儀器安裝。

Pascal解釋道:“一旦所有這些活動完成,我們將能夠進入下一階段,即飛機改裝的物理制造和組裝,包括新的定制掛架。”。“隨后將對發動機部件進行具體測試,以支持整個機組最終飛行許可所需的檔案。”同時,飛機內部還將安裝工作站,以容納專門的飛行測試工程師和技術人員,他們將監測和測量安裝的各種任務系統傳感器的飛行性能。為此,飛機將配備數百個傳感器,包括麥克風、加速度計、靜壓傳感器和攝像頭。

展望未來

為了為未來做準備,空中客車公司致力于實現《巴黎協定》的目標,并與包括發動機制造商在內的所有利益相關者充分合作,領導航空業的脫碳。從現在到2035年,空客的研發重點是測試各種技術,以減少飛機排放。其中包括:在2030年之前具有100%SAF兼容性的替代燃料;氫能技術;雜交;廣泛的相互依賴的解決方案將共同促進空客的脫碳雄心。通過這些計劃中的合作測試和CFM開放式風扇技術的演示,我們有望更接近實現這一目標。

從兩個反向旋轉的風扇到一個旋轉的風扇+一個固定的…

20世紀80年代中期,通用電氣開發并飛行測試了GE36“無導管風扇”發動機演示機。GE36 UDF依靠一個由專用渦輪機驅動的前向風扇,而后向風扇由另一個反向旋轉的渦輪機驅動。

快進到2017 年,作為歐洲清潔天空計劃的一部分,賽峰開發了一個復興的“反向旋轉開放轉子”(CROR)概念,并隨后對其進行了地面測試。CROR和GE36都是推進器配置(后部葉片),具有兩組反向旋轉的風扇葉片。

在CROR研究的基礎上,CFM的開放式風扇演示器包括許多改進和簡化。這是一種拉出器配置(前部刀片),后部葉片組不旋轉。這些后葉片實際上是一組可變槳距的“定子”,可以有效地控制旋轉前葉片產生的推力氣流,同時進一步降低機械復雜性、重量和噪音。有了這一變化,發動機可以引導氣流以與傳統渦輪風扇發動機結構一致的速度飛行,并為乘客提供更好的客艙體驗。

開放式風扇的概念是,基于一個14英尺直徑的風扇,放置在不旋轉的變槳定子前面。